Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2013 № 10

Такие образования представляют собой подводные сталактиты. Свое название они отчасти получили потому, что, образуясь на дне в местах, где в воду попадают примеси, и вырастая по мере кристаллизации, эти каменные иглы попутно губят морские звезды и морских ежей, которые на них натыкаются.

Ученые также не исключают, что подобные сосульки (другое название — бриниклы) в прошлом могли представлять собой что-то вроде «химического сада», где произрастали в «тепличных условиях» и органические молекулы.

Разгонять дождь ученые уже научились. А вот как его вызвать? Над этой проблемой бьются во многих лабораториях мира. И предлагают различные варианты. Порой довольно экзотичные…

Вот какой оригинальный вариант управления погодой, например, придумал заведующий одной из лабораторий Физического института РАН доктор физико-математических наук В.П. Павлюченко.

— Как известно из школьного курса физики, водяные пары от земли поднимаются на высоту, там охлаждаются, конденсируются в капли и, в конце концов, выпадают дождем, — объясняет Виктор Павлович. — Но этот механизм работает далеко не всегда, а только при определенной зависимости между относительной влажностью воздуха, температурой и высотой. Сможем искусственно создать именно такие условия — пойдет дождь.

При этом исследователь приводит такие расчеты. Скажем, если на улице плюс 30 градусов Цельсия и влажность 50 %, то достаточно поднять этот влажный воздух на высоту, где температура плюс 15 по Цельсию, и начнется конденсация.

Но как поднять воздух на нужную высоту? Ученый предлагает подвесить в несколько ярусов гирлянды аэростатов большой площади. Сделанные из зачерненного материала, они будут сильно нагреваться на солнце и отдавать тепло окружающему воздуху. Теперь он сам устремится вверх, где на каждом последующем ярусе получит дополнительный нагрев. И так до тех пор, пока воздух не достигнет расчетной высоты.

Таково условие, необходимое, но недостаточное. Нужны еще центры, или «зародыши» конденсации — частицы пыли, аэрозоля, пепла, сажи. Причем лучше, если частички имеют отрицательные заряды. И ученый знает, где их взять. Оказывается, они тут же, под рукой. Ведь между Землей и ионосферой существует разность потенциалов, которая на высоте два километра составляет 200 киловольт. Чтобы получить ионы, надо на эту высоту поднять конец заземленного проводника, возникает коронный разряд, и ионы образуются сами.

Идея красивая, но сразу вызывает массу вопросов. До какой высоты поднимать воздух? Сколько его требуется, чтобы вызвать дождь? Сколько времени займет вся эта процедура?

— Поднимать воздух надо примерно на 700 — 1500 метров, — объясняет ученый. — На это потребуется примерно 4–5 минут. Принципиально важно, что на высоту вовсе не нужно «закачивать» много воздуха. Достаточно, как булавочной головкой, пробить несколько «дырок» в так называемом инверсионном слое.

Дело в том, что в атмосфере воздух охлаждается с высотой. Но на некоторых высотах есть слой, где температура перестает падать. Более того, даже становится выше. А за ним вновь падает. Под этими слоями возникают области хорошей погоды, например кучевые. Они не могут подняться выше, так как слои не пускают.

«Наша задача — их пробить, — говорит Павлюченко. — Тогда восходящие потоки от земли, которые идут постоянно, устремятся наверх. Таким образом, включится самоподдерживающаяся система». По словам ученого, цена такой установки невелика — около 1-3 тысяч долларов.

Кроме того, такая система может не только вызывать дождь, но и очищать от смога воздух расположенных в котловинах городов. Ветров там практически не бывает, поэтому такой способ пришелся бы очень кстати. Недавно исследователь получил патент на свое изобретение.

Искусственно сформировать дождевые облака можно с помощью крупинок солей серебра. Их распыляют в атмосфере, используя наземные станции, самолеты или ракеты. Оказавшись во влажном воздухе, солевые частицы выполняют роль затравок. Переохлажденные капельки воды высотных облаков группируются вокруг этих центров кристаллизации, замерзают и образуют ледяные кристаллы, которые затем выпадают на землю в виде дождя.

Еще можно использовать соли натрия, лития и калия. Их рассеивают в облаках нижнего яруса. Здесь они тоже становятся центрами «притяжения» небольших капель воды, которые объединяются, укрупняются и проливаются на землю.

Правда, оросить большие площади подобными методами нельзя. Кроме того, нет надежных индикаторов, позволяющих оценить эффективность «засевания» облаков. Поэтому принципиально иной способ стимулировать выпадение осадков на землю предложили исследователи из Берлинского свободного университета, Лионского университета и Университета Женевы. С помощью лазера им удалось добиться образования дождевых капель в облаках в сильно влажной атмосфере. Эксперименты проводили непосредственно в атмосфере и в лабораторных условиях — в камере Вильсона (она же — конденсационная, или облачная камера), заполненной окружающим воздухом. Облака облучали сверхмощными (5х10 -12Вт) ультракороткими (10 -13с) импульсами инфракрасного лазера. Для контроля использовался второй маломощный лазер, свет которого рассеивался в облаках тем сильнее, чем больше в них было капель воды.

По мнению авторов исследования, под действием лазерных импульсов сначала происходит ионизация воздуха, а затем сформировавшиеся ионы становятся центрами конденсации воды.

Пока до практического использования лазера для формирования дождевых облаков далеко. Прежде всего, предстоит создать более мощный источник когерентного света — тогда можно будет «засевать» большой объем воздуха. Кроме того, будут определены оптимальная длина волны лазерного излучения и длительность импульса.

О том, что взвешенные в воздухе частицы сажи и пыли влияют на формирование облаков и осадков, ученые знают давно. Теперь же их внимание привлекли бактерии.

Бактерии вездесущи: они обильно представлены в любой экосистеме, будь то почва, водоем, атмосфера или организм человека. Но если, скажем, о влиянии взвешенной в воздухе мелкодисперсной пыли на формирование погоды экологи, метеорологи и климатологи говорят уже давно, то о роли микроорганизмов в этих процессах речь заходит крайне редко. Между тем бактерии, судя по всему, влияют на образование облаков и выпадение осадков ничуть не меньше, чем минеральные микрочастицы.

— Количественные оценки давать очень трудно, потому что это все еще малоизученная область, — говорит Франк Штратман, руководитель рабочей группы Института по изучению тропосферы имени Лейбница в Лейпциге. — До сих пор никто всерьез не занимался вопросом, сколько микрочастиц биологического происхождения присутствует в атмосфере и насколько важную роль они играют.